CN103094407B - 制造半导体膜的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
公开了制造半导体膜的方法，包括如下步骤：提供基板、使至少一种化学元素的原子依次进行热蒸发和热裂解两个阶段从而形成自由基以及将所述自由基沉淀到所述基板的表面；还公开了制造半导体膜的装置，包括真空室，在所述真空室上设置有至少一个热裂解部件，所述热裂解部件分为均与真空室内部相连通的低温区和高温区，所述高温区中还设置有碰撞板。
Description
领域
本申请涉及材料学领域，更具体地涉及制造半导体膜的装置及方法。
背景
相比于传统的晶体硅太阳能电池，薄膜太阳能电池被公认具有更低的生成成本。在各种类型的可能商业化的薄膜太阳能电池中，黄铜矿(Cu(Inx，Ga1-x)Se2)薄膜太阳能电池的能量转换效率最高。其中最佳的Cu(Inx，Ga1-x)Se2薄膜太阳能电池已经获得了20.3％的能量转换效率。然而，通过传统地将坩埚加热使化学元素沉淀，其产生的原子簇较大，因此化学活性和使用率均较低。
比如，常规的熔炉中产生的硒簇较大(Senn＞5)。较大的簇的化学活性更低，使所得膜的晶体质量更差。
也有文献报道采用等离子法制造薄膜。
概述
本申请的一方面提供了制造半导体膜的装置，包括真空室(5)，在所述真空室(5)上设置有至少一个热裂解部件(10)，所述热裂解部件(10)分为相连通的低温区(8)和高温区(9)，所述高温区(9)还与所述真空室(5)内部相连通且其中还设置有碰撞板。
本申请的另一方面提供了制造半导体膜的方法，包括：(1)提供基板；(2)使至少一种化学元素的原子依次进行蒸发和热裂解两个阶段从而形成自由基；(3)将所述自由基沉淀到所述基板的表面。
附图说明
图1为制备半导体膜的常规装置的示意图，该装置设置有蒸发坩埚。
图2为本申请的某个实施方式中制备半导体膜的装置的示意图，该装置具有双温度区热裂解部件。
图3为本申请的某个实施方式中双温度区热裂解部件的示意图。
其中，1-4、蒸发坩埚；5、真空室；6、排气管；7、基板；8、低温区；9、高温区；10、热裂解部件；11、坩埚；12、第一加热器；13、第一通道；14、第二加热器；15、第二通道；16、第一碰撞板；17、第二碰撞板；18、第一空腔；19、第二空腔；20、加热管；21、孔；22、通路。
详述
本申请的一方面提供了制造半导体膜的装置，包括真空室(5)，在所述真空室(5)上设置有至少一个热裂解部件(10)，所述热裂解部件(10)分为相连通的低温区(8)和高温区(9)，所述高温区(9)还与所述真空室(5)内部相连通且其中还设置有碰撞板。
在本申请的某些实施方式中，其中所述低温区(8)内设置有坩埚(11)、加热所述坩埚(11)的第一加热器(12)和测定所述坩埚(11)温度的第一电热偶，所述低温区(8)和高温区(9)由加热管(20)相连通，所述坩埚(11)的上端与所述加热管(20)的下端连接并连通。
在本申请的某些实施方式中，所述坩埚(11)与第一加热器(12)间设置有防护罩。
在本申请的某些实施方式中，所述高温区(9)内设置有通道、碰撞板、加热所述加热管(20)的第二加热器(14)和测定所述加热管(20)温度的第二电热偶，所述通道与加热管(20)连通，所述碰撞板设置在所述通道的周围。
在本申请的某些实施方式中，所述加热管(20)与第二加热器(14)间设置有防护罩。
在本申请的某些实施方式中，所述通道包括与所述坩埚(11)连通的第一通道(13)和与所述第一通道(13)连接但不相通的第二通道(15)，所述碰撞板包括设置在所述第一通道(13)周围的第一碰撞板(16)和设置在所述第二通道(15)周围的第二碰撞板(17)，所述第一通道(13)与第一碰撞板(16)形成第一空腔(18)，所述第二通道(15)与第二碰撞板(17)形成第二空腔(19)，所述第一通道(13)和第二通道(15)的上端分别设置有孔(21)。
在该实施方式中，将孔设置在通道的上端能够使各元素在高温区停留更长的时间，有助于裂解。
在本申请的某些实施方式中，所述第一空腔(18)的下端宽度大于上端宽度，所述第二空腔(19)的上端宽度大于下端宽度，所述第二通道(15)的下端宽度大于所述第一空腔(18)的上端宽度，所述第二通道(15)的下端与第一碰撞板(16)的上端形成通路(22)。
在本申请的某些实施方式中，将通路(22)设置得比较窄，这是为了使气流的速度减慢，从而让分子在高温区域停留的时间较长，有助裂解。
在本申请的某些实施方式中，所述热裂解部件(10)的两个或更多的高温区(9)串联在一起。
在本申请的某些实施方式中，所述串联的方式为一个高温区(9)的第二通道(15)的顶端与另一个高温区(9)的加热管(20)的底端连接并连通。
在本申请的某些实施方式中，所述装置还设置有至少一个蒸发坩埚，所述蒸发坩埚与所述真空室(5)内部相连通。
本申请的另一方面还提供了制造半导体膜的方法，包括：(1)在真空中提供基板；(2)使至少一种化学元素的原子依次进行蒸发和热裂解两个阶段从而形成自由基；(3)将所述自由基沉淀到所述基板的表面。
在本申请的某些实施方式中，所述化学元素为硒。
在本申请的某些实施方式中，所述半导体膜的其它元素选自IB族、IIIA族或VIA族元素的一种或多种。
在本申请的某些实施方式中，所述半导体膜的其它化学元素选自铜、铟、镓或硫元素的一种或多种。
在本申请的某些实施方式中，所述半导体膜具有黄铜矿结构。
在本申请的某些实施方式中，所述黄铜矿结构为Cu(Inx，Ga1-x)Se2、Cu(In1-xGax)(Se2-ySy)。
在本申请的某些实施方式中，硒通过所述热裂解部件进行蒸发，铜、铟、镓或硫通过蒸发坩埚进行蒸发。
在本申请的某些实施方式中，所述蒸发阶段在200-400℃下进行，在所述蒸发阶段中，使所述元素的原子形成原子簇。
在本申请的某些实施方式中，所述热裂解阶段在比蒸发阶段600-700℃下进行，在所述热裂解阶段，所述原子簇形成自由基。
在本申请的某些实施方式中，在所述热裂解阶段中，通过使所述原子簇与碰撞板发生碰撞以促使其形成自由基。
在本申请的某些实施方式中，将所述热裂解阶段进行两次或多次以增加原子簇行进的路径。
在本申请的某些实施方式中，在所述步骤(3)中，将所述基板加热。
在本申请的某些实施方式中，使用热裂解的方法。自由基具有更高的化学活性，因此通过使用热裂解所产生的自由基能够改善晶体质量。
在本申请的某些实施方式中，热裂解部件所产生的化学元素的自由基的化学活性更高，同时化学元素的用量显著降低，这对于实际使用时非常经济的。化学元素自由基更高的化学活性的另一个优势为降低基板7温度，同时又不会使Cu(Inx，Ga1-x)Se2膜质量降低太多。
由某些实施方式所制造的薄膜表面更光滑、所使用的化学元素的用量更少、基板的温度更低。即，与常规硒蒸发法相比，本实施方式的晶体质量更好，能够降低基板温度。
基板温度下降也具有至少一种以下的优势。第一，其降低了制造半导体膜的能量消耗量，这使制造相关的太阳能电池的成本更低。第二，通常Cu(Inx，Ga1-x)Se2太阳能电池在具有较高基板温度(550℃)的玻璃基板上制造。因为柔性基板不适合在高温下使用或者影响最终太阳能电池性能的杂质将会扩散，所以在高温下不适于在诸如聚酰亚胺和不锈钢的柔性基板上制造Cu(Inx，Ga1-x)Se2太阳能电池。而在更低的基板温度下，能够使用用于Cu(Inx，Ga1-x)Se2太阳能电池的柔性基板。
在本申请的某些实施方式中，所制造的半导体膜具有黄铜矿结构(例如Cu(Inx，Ga1-x)Se2)。这种黄铜矿结构薄膜广泛地用于制造高效薄膜太阳能电池。
在本申请的某些实施方式中，将硒热裂解来生成硒自由基，硒自由基在半导体膜的形成中表现出较高的化学活性，因此改善了膜的晶体生长和表面形态。同时，热裂解的硒源的粘附系数提高，这显著降低了硒的使用量，与工业上的常规硒蒸发方法相比表现出巨大的优势。
在本申请的某些实施方式中，提供用于制备半导体膜的装置，使用该装置来制造用于太阳能电池的黄铜矿半导体膜。
图1表示常规使用的典型装置，其具有常规的蒸发坩埚1-4，其设置于真空室5上，将蒸发坩埚中的化学元素蒸发，进入真空室5，沉淀至基板7上。将基板7加热至550℃以提高薄膜的质量。排气管6连接真空泵，用于将真空室5抽真空。
图2表示本申请的某些实施方式中的装置采用热裂解部件10来替代常规的蒸发坩埚，该热裂解部件10分为互相连通的两部分，低温区8和高温区9，分别形成两个温度区以产生硒自由基。
图3表示本申请的某些实施方式中的热裂解部件10由相互连通的低温区8和高温区9组成，这两个区各自设置有独立的加热器和电热偶来分别进行温度控制。
在低温区8，坩埚11被加热至200-400℃以将化学元素材料蒸发，然后化学元素材料通过加热管20进入高温区9。密封的防护罩将蒸发的化学元素材料与第一加热器12、第二加热器14分离以避免化学元素材料造成的腐蚀。
高温区9使用两个碰撞板来促使其热裂解。
热裂解部件10的核心部分为用于使化学元素的原子簇互相碰撞的碰撞板以及用于使化学元素的原子簇通过的通道。
在本申请的某些实施方式中，将硒从坩埚11蒸发，硒通过加热管20，同时加热管20被加热至600-700℃以避免硒凝结。硒行进至加热管20的顶部，并从第一通道13的孔21脱离进入第一空腔18，在第一空腔18中，硒与第一碰撞板16碰撞并且硒簇彼此间发生相互碰撞。由于第一空腔18的压力更大，硒经由通路(22)行进至第二空腔19，与第二碰撞板17碰撞，然后进入第二通道15的孔21。随后形成的硒自由基进入真空室5中，并在基板7上沉淀。
因为硒在600-700℃这样的高温下保持气态，因此硒不会凝结。因为硒原子簇经历多次碰撞以及很长的一段行进路径，因此硒将破裂为硒自由基，其中大多数为硒的二聚体，甚至单个硒原子。
在本申请的某些实施方式中，没有采用等离子生成法，即未安装等离子发生器，而是使用更高的温度600-700℃来使硒热裂解，这有利于将该装置整合进入整个制造系统且成本更低。
通过以上描述，由于双温度区硒热裂解部件10的特殊结构设计，化学元素材料在该装置中行进路径很长从而碰撞的几率很大，从而促使能够产生自由基。
在薄膜制造中使用热裂解部件10，将具有至少一种如下有益的技术优势。第一，本申请产生的薄膜质量更好，这改善了薄膜质量，促进了太阳能电池的性能。第二，由于大幅度地减少了硒的用量，因此产量成本也降低了。该装置易于操作，能够广泛使用，容易整合进入生产线。
在本申请的某些实施方式中，本装置能够应用于共蒸镀生产系统来制造Cu(Inx，Ga1-x)Se2太阳能电池。在采用共蒸镀的制造中，也同时使用了常规的蒸发坩埚，用于比较研究硒热裂解坩埚的效果。
在本申请的另某些实施方式中，比较了使用本申请的装置和传统方法的装置制造的半导体(诸如Cu(Inx，Ga1-x)Se2)薄膜和最终的太阳能电池，结果表明，本申请的硒用量更少且晶体质量更好、薄膜表面更光滑，太阳能电池质量更高。
本申请中的半导体膜的应用包括但不限于太阳能电池，该半导体膜还能够应用于其他光电转换装置，例如感光器和光电二极管。
以下结合附图2和3对具体的实施例进行描述。
实施例1
制造半导体膜的装置包括真空室5，该真空室5设置有连接真空泵的排气管6。在真空室5的下端设置有1个热裂解部件10。该热裂解部件10分为低温区8和高温区9，低温区8和高温区9相连通，高温区9与真空室5内部相连通。
低温区8包括坩埚11、第一加热器12和第一电热偶，第一加热器12设置在坩埚11的周围并对坩埚11进行加热，第一加热偶用于测定坩埚11的温度。坩埚11的上端设置有出口。在坩埚11与第一加热器12间设置有密封的防护罩。
高温区9包括加热管20、第二加热器14、第二电热偶、通道和碰撞板。第二加热器14设置在加热管20的周围并对加热管20进行加热，第二电热偶用于测定加热管20的温度。加热管20的下端与坩埚11的出口连通。加热管20与第二加热器14间设置有密封的防护罩。
高温区9的通道包括第一通道13和第二通道15，第一通道13的下端与加热管20的上端连通，第二通道15的下端与第一通道13的上端连接但不相通。碰撞板分为第一碰撞板16和第二碰撞板17，第一碰撞板16设置在第一通道13的周围，第二碰撞板17设置在第二通道15的周围。第一通道13与第一碰撞板16形成了第一空腔18，第二通道15与第二碰撞板17形成第二空腔19。第一通道13和第二通道15的上端分别设置有孔21。
所述第一空腔18的下端宽度大于上端宽度，即第一空腔18的横截面为梯形。第一通道13上、下端的宽度相同，即第一通道13的横截面为矩形。第二通道15的下端宽度大于上端宽度，即第二通道15的横截面为梯形。第二空腔19上、下端的宽度相同，即第二空腔19的横截面为矩形。
同时，所述第二通道15的下端宽度大于所述第一空腔18的上端宽度，即第二通道15的下端将第一空腔18的上端完全覆盖住。第二通道15的下端未与第一碰撞板16的上端连接，即第二通道15与第一碰撞板16间形成狭窄的通路22。
实施例2
采用本申请实施例1中所描述的装置来制造太阳能电池的薄膜。将基板7固定在真空室5的上端，将硒放置在热裂解部件10的坩埚11中，开启真空泵，使其真空度达到10-7Torr以上。
开启第一加热器12和第一电热偶，将坩埚11加热到200℃，硒被蒸发为硒原子簇，硒原子簇进入加热管20。开启第二加热器14和电热偶，将加热管20加热至650℃，此时一部分硒原子簇形成硒自由基。硒原子簇和自由基进入第一通道13，然后沿第一通道13的孔21进入第一空腔18。在第一空腔18内与第一碰撞板16发生碰撞，同时硒原子簇互相间也发生碰撞，此时，更多的硒原子簇形成硒自由基。随后硒原子簇和硒自由基沿通路22进入第二空腔19，在第二空腔19内与第二碰撞板17碰撞，同时互相间也发生碰撞，此时，绝大部分硒原子簇形成硒自由基。硒自由基通过第二通道15的孔21进入真空室5，并在已经加热的基板7上沉积形成薄膜。
实施例3
制造半导体膜的装置包括真空室5，该真空室5设置有连接真空泵的排气管6。在真空室5的下端设置有1个热裂解部件10以及3个蒸发坩埚。该热裂解部件10分为低温区8和高温区9，低温区8和高温区9相连通，高温区9与真空室5内部相连通。
低温区8包括坩埚11、第一加热器12和第一电热偶，第一加热器12设置在坩埚11的周围并对坩埚11进行加热，第一加热偶用于测定坩埚11的温度。坩埚11的上端设置有出口。在坩埚11与第一加热器12间设置有密封的防护罩。
高温区9包括加热管20、第二加热器14、第二电热偶、通道和碰撞板。第二加热器14设置在加热管20的周围并对加热管20进行加热，第二电热偶用于测定加热管20的温度。加热管20的下端与坩埚11的出口连通。加热管20与第二加热器14间设置有密封的防护罩。
高温区9的通道包括第一通道13和第二通道15，第一通道13的下端与加热管20的上端连通，第二通道15的下端与第一通道13的上端连接但不相通。碰撞板分为第一碰撞板16和第二碰撞板17，第一碰撞板16设置在第一通道13的周围，第二碰撞板17设置在第二通道15的周围。第一通道13与第一碰撞板16形成了第一空腔18，第二通道15与第二碰撞板17形成第二空腔19。第一通道13和第二通道15的上端分别设置有孔21。
所述第一空腔18的下端宽度大于上端宽度，即第一空腔18的横截面为梯形。第一通道13上、下端的宽度相同，即第一通道13的横截面为矩形。第二通道15的下端宽度大于上端宽度，即第二通道15的横截面为梯形。第二空腔19的上、下端的宽度相同，即第二空腔19的横截面为矩形。
同时，所述第二通道15的下端宽度大于所述第一空腔18的上端宽度，即第二通道15的下端将第一空腔18的上端完全覆盖住。第二通道15的下端未与第一碰撞板16的上端连接，即第二通道15与第一碰撞板16间形成狭窄的通路22。
实施例4
采用本申请实施例1中所描述的装置来制造太阳能电池的薄膜。将基板7固定在真空室5的上端，将硒放置在热裂解部件10的坩埚11中，将铜、铟和镓分别放置在3个蒸发坩埚中。开启真空泵，使其真空度达到10-7Torr以上。
开启第一加热器12和第一电热偶，将坩埚11加热到400℃，硒被蒸发为硒原子簇，硒原子簇随后进入加热管20。开启第二加热器14和电热偶，将加热管20加热至620℃，此时一部分这些化学元素的原子簇形成自由基。化学元素的原子簇和自由基进入第一通道13，然后沿第一通道13的孔21进入第一空腔18。在第一空腔18内与第一碰撞板16发生碰撞，同时化学元素的原子簇互相间也发生碰撞，此时，更多的化学元素的原子簇形成自由基。随后化学元素的原子簇和自由基沿通路22进入第二空腔19，在第二空腔19内与第二碰撞板17碰撞，同时互相间也发生碰撞，此时，绝大部分化学元素的原子簇形成化学元素自由基。化学元素自由基通过第二通道15的孔21进入真空室5。
同时，将3个蒸发坩埚加热，其中的铜、铟和镓蒸发后进入真空室5。硒自由基、铟、镓和铜同时在已经加热的基板7上沉积形成Cu(Inx，Ga1-x)Se2薄膜。
实施例5
制造半导体膜的装置包括真空室5，该真空室5设置有连接真空泵的排气管6。在真空室5的下端设置有1个热裂解部件10以及4个蒸发坩埚。该热裂解部件10分为低温区8和高温区9，低温区8和高温区9相连通，高温区9与真空室5内部相连通。
低温区8包括坩埚11、第一加热器12和第一电热偶，第一加热器12设置在坩埚11的周围并对坩埚11进行加热，第一加热偶用于测定坩埚11的温度。坩埚11的上端设置有出口。在坩埚11与第一加热器12间设置有密封的防护罩。
高温区9包括加热管20、第二加热器14、第二电热偶、通道和碰撞板。第二加热器14设置在加热管20的周围并对加热管20进行加热，第二电热偶用于测定加热管20的温度。加热管20的下端与坩埚11的出口连通。加热管20与第二加热器14间设置有密封的防护罩。
高温区9的通道包括第一通道13和第二通道15，第一通道13的下端与加热管20的上端连通，第二通道15的下端与第一通道13的上端连接但不相通。碰撞板分为第一碰撞板16和第二碰撞板17，第一碰撞板16设置在第一通道13的周围，第二碰撞板17设置在第二通道15的周围。第一通道13与第一碰撞板16形成了第一空腔18，第二通道15与第二碰撞板17形成第二空腔19。第一通道13和第二通道15的上端分别设置有孔21。
所述第一空腔18的下端宽度大于上端宽度，即第一空腔18的横截面为梯形。第一通道13上、下端的宽度相同，即第一通道13的横截面为矩形。第二通道15的下端宽度大于上端宽度，即第二通道15的横截面为梯形。第二空腔19的上、下端的宽度相同，即第二空腔19的横截面为矩形。
同时，所述第二通道15的下端宽度大于所述第一空腔18的上端宽度，即第二通道15的下端将第一空腔18的上端完全覆盖住。第二通道15的下端未与第一碰撞板16的上端连接，即第二通道15与第一碰撞板16间形成狭窄的通路22。
实施例6
采用本申请实施例5中所描述的装置来制造太阳能电池的薄膜。将基板7固定在真空室5的上端，将硒放置在热裂解部件10的坩埚11中，将铜、铟、镓和硫分别放置在4个蒸发坩埚中。开启真空泵，使其真空度达到10-7Torr以上。
开启第一加热器12和第一电热偶，将坩埚11加热到400℃，硒被蒸发为硒原子簇，随后进入加热管20。开启第二加热器14和电热偶，将加热管20加热至620℃，此时一部分这些化学元素的原子簇形成自由基。化学元素的原子簇和自由基进入第一通道13，然后沿第一通道13的孔21进入第一空腔18。在第一空腔18内与第一碰撞板16发生碰撞，同时化学元素的原子簇互相间也发生碰撞，此时，更多的化学元素的原子簇形成自由基。随后化学元素的原子簇和自由基沿通路22进入第二空腔19，在第二空腔19内与第二碰撞板17碰撞，同时互相间也发生碰撞，此时，绝大部分化学元素的原子簇形成化学元素自由基。化学元素自由基通过第二通道15的孔21进入真空室5。
同时，将4个蒸发坩埚加热，其中的铜、铟、镓和硫蒸发后进入真空室5。硒自由基、铜、铟、镓和硫同时在已经加热的基板7上沉积形成Cu(In1-xGax)(Se2-ySy)薄膜。
实施例7
制造半导体膜的装置包括真空室5，该真空室5设置有连接真空泵的排气管6。在真空室5的下端设置有3个热裂解部件10以及3个蒸发坩埚。该热裂解部件10分为低温区8和高温区9，低温区8和高温区9相连通，高温区9与真空室5内部相连通。
低温区8包括坩埚11、第一加热器12和第一电热偶，第一加热器12设置在坩埚11的周围并对坩埚11进行加热，第一加热偶用于测定坩埚11的温度。坩埚11的上端设置有出口。在坩埚11与第一加热器12间设置有密封的防护罩。
高温区9包括加热管20、第二加热器14、第二电热偶、通道和碰撞板。第二加热器14设置在加热管20的周围并对加热管20进行加热，第二电热偶用于测定加热管20的温度。加热管20的下端与坩埚11的出口连通。加热管20与第二加热器14间设置有密封的防护罩。
高温区9的通道包括第一通道13和第二通道15，第一通道13的下端与加热管20的上端连通，第二通道15的下端与第一通道13的上端连接但不相通。碰撞板分为第一碰撞板16和第二碰撞板17，第一碰撞板16设置在第一通道13的周围，第二碰撞板17设置在第二通道15的周围。第一通道13与第一碰撞板16形成了第一空腔18，第二通道15与第二碰撞板17形成第二空腔19。第一通道13和第二通道15的上端分别设置有孔21。
所述第一空腔(18)的下端宽度大于上端宽度，即第一空腔18的横截面为梯形。第一通道13上、下端的宽度相同，即第一通道13的横截面为矩形。第二通道15的下端宽度大于上端宽度，即第二通道15的横截面为梯形。第二空腔19的上、下端的宽度相同，即第二空腔19的横截面为矩形。
同时，所述第二通道15的下端宽度大于所述第一空腔18的上端宽度，即第二通道15的下端将第一空腔18的上端完全覆盖住。第二通道15的下端未与第一碰撞板16的上端连接，即第二通道15与第一碰撞板16间形成狭窄的通路22。
在热裂解部件10的上方串联第二个高温区，即所串联的第二个高温区的加热管的底端开口与第一个高温区的第二通道15顶端开口相连通。在该实施例中，各个热裂解部件具有一个低温区和两个高温区。
实施例8
采用本申请实施例7中所描述的装置来制造太阳能电池的薄膜。将基板7固定在真空室5的上端，将硒放置在其中一个热裂解部件10的坩埚11中，开启真空泵，使其真空度达到10-7Torr以上。
开启第一加热器12和第一电热偶，将坩埚11加热至350℃，硒被蒸发为硒原子簇，硒原子簇进入加热管20。开启第二加热器14和电热偶，将加热管20加热至690℃，此时一部分硒原子簇形成硒自由基。硒原子簇和自由基进入第一通道13，然后沿第一通道13的孔21进入第一空腔18。在第一空腔18内与第一碰撞板16发生碰撞，同时硒原子簇互相间也发生碰撞，此时，更多的硒原子簇形成硒自由基。随后硒原子簇和硒自由基沿通路22进入第二空，19，在第二空腔19内与第二碰撞板17碰撞，同时互相间也发生碰撞，此时，绝大部分硒原子簇形成硒自由基。硒自由基通过第二通道15的孔21进入第二个高温区的加热管。
此时，硒自由基中还混有极少量的硒原子簇，这些硒原子簇连同硒自由基在第二个高温区中行进的路径与在第一个高温区9中的相同，但是其发生了更多的碰撞，以使极少量的硒原子簇全部形成硒自由基。然后这些硒自由基进入真空室5，并在已经加热的基板7上沉积形成质量更好的薄膜。
实施例9
在实施例7的装置中，在第二个高温区的上方再串联第三个高温区，即所串联的第三个高温区的加热管的底端开口与第二个高温区的第二通道顶端开口相连通。在该实施例中，各个热裂解部件具有一个低温区和三个高温区。
以上的实施方式或实施例并非对本发明进行限定，本领域技术人员能够在本发明的主旨下在本发明的范围内对上述实施方式或实施例作出任何改变和变型，这些改变和变型在本发明的保护范围内。
本领域技术人员能够将上述具体实施方式或实施例中的技术特征应用到其它一个或多个实施方式或实施例中以形成改进的技术方案，或者将上述的多个实施方式或实施例进行重新组合以形成改进的技术方案，这些改进的技术方案也在本发明保护范围内。
Claims (23)
1.制造半导体膜的装置，包括真空室(5)，在所述真空室(5)上设置有至少一个热裂解部件(10)，所述热裂解部件(10)分为相连通的低温区(8)和高温区(9)，所述高温区(9)还与所述真空室(5)内部相连通且所述高温区(9)中还设置有用于使化学元素的原子簇互相碰撞的碰撞板。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述低温区(8)内设置有坩埚(11)、加热所述坩埚(11)的第一加热器(12)和测定所述坩埚(11)温度的第一电热偶，所述低温区(8)和高温区(9)由加热管(20)相连通，所述坩埚(11)的上端与所述加热管(20)的下端连接并连通。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述坩埚(11)与第一加热器(12)间设置有防护罩。
4.根据权利要求2所述的装置，其中所述高温区(9)内设置有通道、碰撞板、加热所述加热管(20)的第二加热器(14)和测定所述加热管(20)温度的第二电热偶，所述通道与加热管(20)连通，所述碰撞板设置在所述通道的周围。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述加热管(20)与第二加热器(14)间设置有防护罩。
6.根据权利要求4所述的装置，其中所述通道包括与所述坩埚(11)连通的第一通道(13)和与所述第一通道(13)连接但不相通的第二通道(15)，所述碰撞板包括设置在所述第一通道(13)周围的第一碰撞板(16)和设置在所述第二通道(15)周围的第二碰撞板(17)，所述第一通道(13)与第一碰撞板(16)形成第一空腔(18)，所述第二通道(15)与第二碰撞板(17)形成第二空腔(19)，所述第一通道(13)和第二通道(15)的上端分别设置有孔(21)。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述第一空腔(18)的下端宽度大于上端宽度，所述第二空腔(19)的上端宽度大于下端宽度，所述第二通道(15)的下端宽度大于所述第一空腔(18)的上端宽度，所述第二通道(15)的下端与第一碰撞板(16)的上端形成通路(22)。
8.根据权利要求1-7中任一项权利要求所述的装置，其中所述热裂解部件(10)的两个或更多的高温区(9)串联在一起。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述串联的方式为一个高温区(9)的第二通道(15)的顶端与另一个高温区(9)的加热管(20)的底端连接并连通。
10.根据权利要求1-7中任一项权利要求所述的装置，其中所述装置还设置有至少一个蒸发坩埚，所述蒸发坩埚与所述真空室(5)内部相连通。
11.根据权利要求8所述的装置，其中所述装置还设置有至少一个蒸发坩埚，所述蒸发坩埚与所述真空室(5)内部相连通。
12.根据权利要求9所述的装置，其中所述装置还设置有至少一个蒸发坩埚，所述蒸发坩埚与所述真空室(5)内部相连通。
13.制造半导体膜的方法，包括：
(1)在真空中提供基板；
(2)使至少一种化学元素的原子依次进行蒸发和热裂解两个阶段从而形成自由基；在所述热裂解阶段中，通过碰撞板使原子簇相互碰撞以促使其形成自由基；
(3)将所述自由基沉淀到所述基板的表面。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述化学元素为硒；所述半导体膜的其它元素选自IB族、IIIA族或VIA族元素的一种或多种。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述化学元素为硒；所述半导体膜的其它元素选自铜、铟、镓或硫元素的一种或多种。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述化学元素为硒；所述半导体膜具有黄铜矿结构。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述黄铜矿结构为Cu(Inx,Ga1-x)Se2、Cu(In1-xGax)(Se2-ySy)。
18.根据权利要求15所述的方法，所述硒元素通过所述热裂解部件进行蒸发，所述铜元素、铟元素、镓元素或硫元素通过所述蒸发坩埚进行蒸发。
19.根据权利要求13-18中任一项权利要求所述的方法，其中所述蒸发阶段在200-400℃下进行，在所述蒸发阶段中，使所述化学元素的原子形成原子簇。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述热裂解阶段在600-700℃的温度下进行，在所述热裂解阶段，所述原子簇形成自由基。
21.根据权利要求20所述的方法，其中在所述热裂解阶段中，通过使所述原子簇与碰撞板发生碰撞以促使其形成自由基。
22.根据权利要求20所述的方法，其中将所述热裂解阶段进行两次或多次以增加原子簇行进的路径。
23.根据权利要求13-18中任一项权利要求所述的方法，其中在所述(3)中，将所述基板加热。
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